[发明专利]一种线性调频信号微波光子倍频方法及其装置

权利要求书

1.一种线性调频信号的微波光子倍频装置，包括连续波激光器(1)、光耦 合器(2)、双平行马赫曾德尔调制器A(3)和双平行马赫曾德尔调制器B(4)、 偏振耦合器(5)、检偏器(6)、探测器(7)，电学部分由功分器(8)、功率放 大器(9)、宽带的90°HybridA(10)和带的90°HybridB(11)，其特征在于， 激光器(1)同光耦合器(2)相连接,耦合器(2)分别与并联的双平行马赫曾 德尔调制器A(3)和双平行马赫曾德尔调制器B(4)，相连接，输入信号经功分 器(8)后，一路经过功率放大器(9)与宽带的90°HybridA(10)相连接，宽 带的90°HybridA(10)输出分别与双平行马赫曾德尔调制器A(3)的两个射频 输出端口相连接，功分器(8)的另一路输出经过带的90°HybridB(11)后分别 与双平行马赫曾德尔调制器B(4)的两个射频输出端口相连接，双平行马赫曾 德尔调制器A(3)和双平行马赫曾德尔调制器B(4)的输出分别与偏振耦合器 (5)的两个输入端相连接，偏振耦合器(5)的输出端与检偏器(6)相连接， 检偏器(6)还与探测器(7)相连接；

所述的激光器(1)输出光信号经过光耦合器(2)分为两路，分别作为双 平行马赫曾德尔调制器A(3)和双平行马赫曾德尔调制器B(4)的光载波信号， 输入线性调频信号首先经过功分器(8)分为两部分，其中一路经过功率放大器 (9)放大后再通过一个宽带90°HybridA(10)，产生两路等幅、具有90°相位 差的信号，分别输入双平行马赫曾德尔调制器A(3)的两个射频输入端口，功 分器(8)输出另一路电信号经过一个宽带90°HybridB(11)后分别输入双平 行马赫曾德尔调制器B(4)的两个射频输入端口，单音调制信号时，当双平行 马赫曾德尔调制器A(3)中的两个子调制器均处于最大传输点时，其输出光信 号包络E₁(t)为公式(1)所示：

E1(t)=28E0exp(jωct)[exp(jm1cosωt)+exp(-jm1cosωt)exp(jθ2)]+[exp(jm1sinωt)+exp(-jm1sinωt)exp(-jθ2)]=28E0Σn=-∞∞Jn(m1)[1+(-1)n]{exp(jωct+jnωt+jθ2)[exp(jnπ2)+exp(-jθ)]}=24E0Σn=-∞∞[(-1)n+exp(-jθ)]Jn2(m1){exp(jωct+j2nωt+jθ2)}]]>

式中，E₀和ω_c分别为激光器输出光信号振幅和频率，m₁为双平行马赫曾德 尔调制器A调制系数，ω为输入射频本振频率，θ为双平行马赫曾德尔调制器A 中主调制器直流偏置相位，J_n()为n阶一类贝塞尔函数，J_2n()为2n阶一类贝 塞尔函数，t为时间；

双平行马赫曾德尔调制器B(4)直流偏置与双平行马赫曾德尔调制器A(3) 完全相同，但调制系数不同，调整调制系数，可以使双平行马赫曾德尔调制器A (3)与双平行马赫曾德尔调制器B(4)输出光边带中所需光边带同向而杂散光 边带反相，输出调制光信号经过偏振耦合器(5)耦合为偏振态相互垂直的光信 号，其输出端光信号为公式(2)所示：

式中，m₂为双平行马赫曾德尔调制器B调制系数，x和y轴分别表示偏振 耦合器的两个偏振轴方向；

偏振正交的两路光信号经检偏器(6)后偏振方向透射到同一方向，且信号 功率受到调整，其输出光信号E_Pol(t)为公式(3)所示：

EPol(t)=14E0exp(jθ2)Σn=-∞∞[(-1)n+exp(-jθ)][J2n(m1)cosβ+J2n(m2)sinβ]exp(jωct+j2nωt)---(3)]]>

式中，β为检偏器主轴与x轴方向夹角；

设置双平行马赫曾德尔调制器A(3)和双平行马赫曾德尔调制器B(4)的 主调制器为最大传输点，输出光载波和正负4阶光边带，当满足条件为公式(4) 所示：

J₀(m₁)cosβ+J₀(m₂)sinβ＝0(4)

光载波完全抵消，此时检偏器输出光信号E_Pol(t)为公式(5)所示：

EPol(t)=12E0J0(m1)[J0(m1)J4(m2)-J0(m2)J4(m1)]sinβexp(jωct±j4ωt)---(5)]]>

探测器7拍频后可得到8倍频信号；

设置双平行马赫曾德尔调制器A(3)和双平行马赫曾德尔调制器B(4)的 主调制器为最小传输点，输出正负2阶和正负6阶光边带，当满足条件为公式(6) 所示：

J₂(m₁)cosβ+J₂(m₂)sinβ＝0(6)

正负2阶光边带完全抵消，此时检偏器输出光信号E_Pol(t)为公式(7)所示：

EPol(t)=-12jE0J2(m1)[J2(m1)J6(m2)-J2(m2)J6(m1)]sinβexp(jωct±j6ωt)---(7)]]>

探测器7拍频后可得到12倍频信号。